双摆桥式起重机的部分状态反馈分层滑模控制

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作者 刘佳辉 程文明 +1 位作者 谌庆荣 杜润 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第4期223-228,共6页

以双摆起重机为研究对象,针对在实际工程中实时、准确地测量吊重的摆动状态存在一定难度情况下的防摇控制问题,提出了一种基于部分状态反馈的分层滑模控制方法,该控制器的优点是不需要吊重摆动状态的反馈信息。通过Lyapunov稳定性理论和... 以双摆起重机为研究对象,针对在实际工程中实时、准确地测量吊重的摆动状态存在一定难度情况下的防摇控制问题,提出了一种基于部分状态反馈的分层滑模控制方法,该控制器的优点是不需要吊重摆动状态的反馈信息。通过Lyapunov稳定性理论和Barbalat引理对系统状态的稳定性进行了分析,证明了所提出的控制器在无吊重摆动状态反馈的情况下仍能保证系统全部状态的稳定性。仿真结果表明,该控制方法对系统参数不确定性和未知外部干扰具有良好的鲁棒性,可同时实现小车的准确定位并且有效抑制吊钩和吊重的残余摆动。 展开更多

关键词 部分状态反馈 防摇摆控制 双摆起重机 分层滑模控制 LYAPUNOV稳定性理论

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基于扩张状态观测器的双摆吊车分层滑模控制 被引量：2

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作者 姚鑫亚 陈鹤 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期344-352,共9页

吊车系统在大尺寸货物运送过程中会呈现出双摆效应,同时更易受到外部干扰影响,导致控制难度更大。针对双摆吊车系统控制难题,提出一种基于扩张状态观测器的分层滑模控制方法,在保证负载快速平稳运送的同时有效抑制吊钩和负载的摆动。基... 吊车系统在大尺寸货物运送过程中会呈现出双摆效应,同时更易受到外部干扰影响,导致控制难度更大。针对双摆吊车系统控制难题,提出一种基于扩张状态观测器的分层滑模控制方法,在保证负载快速平稳运送的同时有效抑制吊钩和负载的摆动。基于吊车系统的动力学模型设计扩张状态观测器对系统的状态变量和干扰集合项进行估计,利用系统的状态误差和观测器的估计信号设计分层滑模控制器。此外,控制方法通过在滑模面中引入干扰补偿项,进一步提高系统的抗干扰能力。通过数值仿真,与已有方法进行对比,充分验证该研究方法在工作效率和鲁棒性方面均具有良好的控制性能。 展开更多

关键词 吊车系统 双摆效应 欠驱动系统 分层滑模控制 扩展观测器 摆动抑制 机电系统 先进控制

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多驱动系统同步跟踪分层滑模控制策略设计 被引量：1

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作者 李剑锋 高雪 +1 位作者 戴开宇 田宇 《机床与液压》 北大核心 2024年第24期128-134,共7页

针对存在物理约束的多马达驱动系统,基于分层滑模控制提出一种高性能非线性位置同步跟踪控制策略。建立阀控液压马达控制模型,分析引起同步跟踪问题的主要因素;为了减少干扰对位置跟踪的影响,设计自适应鲁棒位置跟踪控制器,实现多驱动... 针对存在物理约束的多马达驱动系统,基于分层滑模控制提出一种高性能非线性位置同步跟踪控制策略。建立阀控液压马达控制模型,分析引起同步跟踪问题的主要因素;为了减少干扰对位置跟踪的影响,设计自适应鲁棒位置跟踪控制器,实现多驱动的独立位置跟踪;基于新的同步误差评价指标,设计动态面扰动抑制同步控制器,并解决反馈项过多引起的“微分爆炸”问题,以提高整体位置同步精度。然后,在位置同步和跟踪滑模面的基础上合成全局滑模面,获得了总体控制率,并利用Lyapunov稳定理论证明了所提控制器的稳定性。最后,通过矿用刮板输送机多驱动系统进行试验,对比不同控制器的性能特性,证明了所提多驱动同步跟踪分层滑模控制策略在不同工况下的自适应能力。 展开更多

关键词 多驱动 分层滑模控制 同步性 跟踪性

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欠驱动航天器姿态稳定的分层滑模控制器设计 被引量：20

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作者 王冬霞 贾英宏 +2 位作者 金磊 周付根 徐世杰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期17-24,共8页

利用分层滑模控制方法,为带两个控制执行机构的欠驱动刚体航天器的姿态控制系统设计了一种三轴稳定控制器。首先,给出了基于两个推力器的欠驱动航天器的姿态动力学和运动学模型,分析了其模型特点。其次,将子系统的变量进行组合定义成第... 利用分层滑模控制方法,为带两个控制执行机构的欠驱动刚体航天器的姿态控制系统设计了一种三轴稳定控制器。首先,给出了基于两个推力器的欠驱动航天器的姿态动力学和运动学模型,分析了其模型特点。其次,将子系统的变量进行组合定义成第一层滑模面,利用Filippov等效定理求出等效控制律。然后依次构造出第二层滑模面及第三层滑模面,根据滑模控制原理求出切换控制律,进而得到总的控制量。利用Lyapunov稳定性理论和Barbalat引理及推论证明了各层滑模面的全局渐近稳定性。仿真实验验证了该控制方法的有效性。 展开更多

关键词 欠驱动航天器 推力器 分层滑模控制 全局渐近稳定

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具有性能约束的欠驱动系统分层滑模控制 被引量：1

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作者 袁绩海 林涛 《控制工程》 CSCD 北大核心 2022年第9期1619-1624,共6页

针对具有性能约束的二阶欠驱动系统的跟踪控制问题,提出了自适应鲁棒滑模控制策略。首先,利用约束转化方程将带有状态性能约束的系统转化成无约束系统,通过引入预设性能方程可以同时保证系统的动态性能和稳态性能满足预设目标;然后,针... 针对具有性能约束的二阶欠驱动系统的跟踪控制问题,提出了自适应鲁棒滑模控制策略。首先,利用约束转化方程将带有状态性能约束的系统转化成无约束系统,通过引入预设性能方程可以同时保证系统的动态性能和稳态性能满足预设目标;然后,针对转化后的无约束系统设计了自适应分层滑模控制策略,并通过Lyapunov方法严格地证明了控制系统的稳定性并获得了自适应律;最后,通过小车倒立摆对比仿真实验证明了控制器的有效性和优越性。 展开更多

关键词 二阶欠驱动系统 自适应控制 分层滑模控制 性能约束

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船用起重机自适应神经网络滑模防摆控制

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作者 陈志梅 王艳芳 +2 位作者 朱东科 邵雪卷 张井岗 《上海海事大学学报》 北大核心 2025年第2期137-143,共7页

针对欠驱动船用臂架起重机存在持续不确定上界干扰问题,提出一种自适应径向基函数神经网络(adaptive radial basis function neural network,ARBFNN)分层滑模控制(hierarchical sliding mode control,HSMC)方法(称为ARBFNN-HSMC方法)。... 针对欠驱动船用臂架起重机存在持续不确定上界干扰问题,提出一种自适应径向基函数神经网络(adaptive radial basis function neural network,ARBFNN)分层滑模控制(hierarchical sliding mode control,HSMC)方法(称为ARBFNN-HSMC方法)。采用拉格朗日方法建立受海浪持续影响的船舶-起重机-负载复杂系统的动力学模型,并将其转换为欠驱动系统的标准形式;采用HSMC方法设计控制律,以补偿系统参数的摄动;通过ARBFNN逼近并补偿由外部非线性干扰引起的不确定上界扰动,并利用李雅普诺夫函数证明了系统的渐近稳定性。仿真结果表明,该方法在持续未知干扰下具有很强的鲁棒性,能够有效实现负载定位和消除摆动的双重目标。 展开更多

关键词 船用起重机 防摆控制 欠驱动系统 分层滑模控制(HSMC) 自适应径向基函数神经网络(ARBFNN)

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基于自适应分层滑模的塔式起重机防摆与定位控制 被引量：5

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作者 王丁军 周慧 +2 位作者 叶嵩 郭毓 郭健 《南京理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期165-174,共10页

针对三维空间中呈现二级摆结构的塔式起重机的防摆与定位控制问题,考虑变幅回转联合运行工况,提出了一种自适应分层滑模控制方案。首先将塔式起重机系统分为定位子系统、一级摆角子系统和二级摆角子系统,设计了分层滑模控制律;然后设计... 针对三维空间中呈现二级摆结构的塔式起重机的防摆与定位控制问题,考虑变幅回转联合运行工况,提出了一种自适应分层滑模控制方案。首先将塔式起重机系统分为定位子系统、一级摆角子系统和二级摆角子系统,设计了分层滑模控制律;然后设计了自适应律,提高了系统对参数的适应性和对外在干扰的抑制性能;最后验证了系统的稳定性并对系统进行了仿真。仿真结果表明,系统在受到瞬时扰动时,自适应律可估算出扰动大小,控制器能快速做出反应,调整控制力/力矩以抵消瞬时扰动,使瞬时扰动不对系统的位置以及吊钩和负载的摆角造成明显影响。该文自适应分层滑模控制器能在一定程度上抑制瞬时扰动造成的吊钩和负载的摆动,具有较好的鲁棒性。 展开更多

关键词 自适应控制 分层滑模控制 塔式起重机 防摆 定位 瞬时扰动 位置 摆角

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基于分层滑模方法的两轮载人自平衡车的运动控制 被引量：8

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作者 杨兴明 高银平 +1 位作者 朱建 许东昌 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2013年第12期1456-1460,共5页

文章采用分层滑模控制方法设计了非线性运动控制器,采用各状态变量代替各误差项,给出了滑模面和控制律的设计方法。在切换函数中利用幂次函数的非线性特性来降低抖振。仿真结果表明,该控制器超调量小,且很好地抑制了抖振现象,说明此控... 文章采用分层滑模控制方法设计了非线性运动控制器,采用各状态变量代替各误差项,给出了滑模面和控制律的设计方法。在切换函数中利用幂次函数的非线性特性来降低抖振。仿真结果表明,该控制器超调量小,且很好地抑制了抖振现象,说明此控制方法有效。 展开更多

关键词 自平衡系统 分层滑模控制 运动跟踪 抑制抖振

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桥式起重机分布式质量吊重系统双摆滑模控制 被引量：4

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作者 靳国良 孙茂凱 +3 位作者 王生海 黄哲 王丙昱 孙玉清 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第3期494-503,共10页

随着吊装作业的多元化发展,起重机吊装对象也从传统的质点式吊重向分布式质量吊重方向发展。针对桥式起重机在吊装分布式质量吊重时吊重的大摆角抑制和小车定位控制问题,提出了两种基于滑模控制理论的、用于吊重消摆和小车快速定位的方... 随着吊装作业的多元化发展,起重机吊装对象也从传统的质点式吊重向分布式质量吊重方向发展。针对桥式起重机在吊装分布式质量吊重时吊重的大摆角抑制和小车定位控制问题,提出了两种基于滑模控制理论的、用于吊重消摆和小车快速定位的方法。首先,综合考虑了桥式起重机吊装对象的结构特征、小车电机的驱动特性、摩擦阻力以及环境中的随机扰动对吊装作业的影响,建立了桥式起重机分布式质量吊重系统的非线性双摆动力学模型;然后,设计了桥式起重机分布式质量吊重系统的非线性双摆动力学普通滑模控制器(OSMC)和分层滑模控制器(HSMC),采用Lyapunov函数和Barbalat引理证明了闭环系统的稳定性;最后,利用数值仿真研究了OSMC和HSMC在分布式质量吊重减摆控制方面的性能差异。仿真及研究结果表明:与OSMC相比,采用HSMC不仅可以在12 s内实现小车精确定位目的,而且可以实现对分布式质量吊重在5°~9°摆动范围下的快速抑制目的,完成了对系统状态变量的有效控制;同时,对比结果表明HSMC对起重机系统内部和外部扰动变化有很强的鲁棒性和抗干扰性。 展开更多

关键词 起重机械 桥式起重机 防摆控制 分布式质量吊重 普通滑模控制器 分层滑模控制器 非线性双摆动力学模型

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通信路径损耗下多智能体系统固定时间防碰防离编队控制

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作者 杨海骄 刘安 何舒平 《自动化学报》 北大核心 2025年第3期643-657,共15页

针对多智能体系统中邻居间通信存在通信路径损耗的情况,研究距离-变权重通信拓扑下非线性多智能体系统固定时间防碰防离编队控制问题,充分考虑通信路径损耗所引起的拓扑变化的不确定性和距离相关性、系统中未知非线性动力学特性以及固... 针对多智能体系统中邻居间通信存在通信路径损耗的情况,研究距离-变权重通信拓扑下非线性多智能体系统固定时间防碰防离编队控制问题,充分考虑通信路径损耗所引起的拓扑变化的不确定性和距离相关性、系统中未知非线性动力学特性以及固定时间收敛的控制性能要求等.为解决以上问题,首先结合通信理论中的通信损耗模型和数学图论知识,对通信路径损耗下的拓扑结构进行量化建模.其次,基于人工势场原理,设计一套新的预设时间防碰防离策略,以确保每个智能体在预设时间内离开碰撞与离群预警区,避免碰撞与离群现象.同时,提出一种新的具有自适应增益的分层滑模面结构,进一步改善系统的动态性能.在此基础上,结合自适应技术,构建一套自适应分层滑模固定时间防碰防离编队控制方案.所提方案不仅解决了系统本身以及通信路径损耗所引起的非线性动态耦合问题,而且保证了通信路径损耗情况下多智能体系统的编队任务在固定时间内完成,同时没有碰撞和离群现象.最后,给出严格的理论分析以及对比仿真结果,证明了所提控制方法的有效性和优越性. 展开更多

关键词 多智能体系统 通信路径损耗 预设时间防碰防离 分层滑模控制 固定时间编队控制

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两轮自平衡车的自适应模糊滑模控制 被引量：9

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作者 杨兴明 段举 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期184-189,共6页

针对两轮自平衡车的平衡控制问题,文章提出一种自适应模糊滑模控制方法。将整个平衡控制系统分为摆角子系统和位移子系统;利用分层滑模控制策略推导出系统总的控制律;针对控制律中存在的系统不确定部分,利用模糊逻辑的万能逼近功能进行... 针对两轮自平衡车的平衡控制问题,文章提出一种自适应模糊滑模控制方法。将整个平衡控制系统分为摆角子系统和位移子系统;利用分层滑模控制策略推导出系统总的控制律;针对控制律中存在的系统不确定部分,利用模糊逻辑的万能逼近功能进行估计,并基于Lyapunov方法设计相应的自适应律;考虑到线性滑模面斜率对于系统性能的影响,采用模糊控制方法对其进行调节,进一步改善了控制系统的品质。仿真结果验证了该控制方法的有效性,而且优化后的控制器具有较好的控制效果和鲁棒性。 展开更多

关键词 两轮自平衡车 分层滑模控制 LYAPUNOV方法 模糊控制

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基于改进非线性趋近律的桥式起重机滑模控制 被引量：5

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作者 王杰 强宝民 +1 位作者 何祯鑫 杜文正 《兵器装备工程学报》 CAS 北大核心 2019年第7期148-152,175,共6页

针对二维定绳长欠驱动桥式起重机系统的定位与防摆问题,提出了一种基于趋近律的滑模控制方法。通过采用分层滑模控制,对起重机的两个子系统分别设计滑模面,并求取等效控制量;之后组合成第二级滑模面,将非线性趋近律引入控制系统并求取... 针对二维定绳长欠驱动桥式起重机系统的定位与防摆问题,提出了一种基于趋近律的滑模控制方法。通过采用分层滑模控制,对起重机的两个子系统分别设计滑模面,并求取等效控制量;之后组合成第二级滑模面,将非线性趋近律引入控制系统并求取切换控制量,最终得到系统控制输入量。通过仿真实验研究,证明了设计的控制方法的可行性与有效性。 展开更多

关键词 桥式起重机 欠驱动系统 分层滑模控制 非线性趋近律

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基于干扰观测器的球形移动机器人直线运动控制 被引量：9

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作者 于涛 王益博 +1 位作者 孙汉旭 赵伟 《中国测试》 CAS 北大核心 2019年第9期123-129,共7页

针对受扰球形移动机器人的直线运动控制问题,提出一种基于滑模干扰观测器和双幂次趋近律的分层滑模控制方法。该控制方法利用滑模干扰观测器对未知扰动进行在线估计,并且采用基于滑模干扰观测器的分层滑模控制器实现被控机器人系统的连... 针对受扰球形移动机器人的直线运动控制问题,提出一种基于滑模干扰观测器和双幂次趋近律的分层滑模控制方法。该控制方法利用滑模干扰观测器对未知扰动进行在线估计,并且采用基于滑模干扰观测器的分层滑模控制器实现被控机器人系统的连续鲁棒控制。首先设计被控系统的第一层和第二层滑动变量,然后基于第一层滑动变量定义系统的辅助滑动变量。基于所定义的辅助滑动变量设计滑模干扰观测器,然后基于所设计的滑模干扰观测器和第二层滑动变量,采用改进的双幂次趋近律设计分层滑模控制器。从理论上分析所设计的分层滑模控制器作用下闭环系统的稳定性,并通过仿真实验验证所提控制方法的有效性。 展开更多

关键词 球形机器人 直线运动 分层滑模控制 干扰观测器 双幂次趋近律

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一类带液体晃动航天器的姿态控制 被引量：10

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作者 杜辉 张洪华 《空间控制技术与应用》 2010年第2期25-30,共6页

针对一类带液体晃动的航天器,在建立系统数学模型的基础上,利用一种分层滑模的设计方法来设计控制器.将系统状态变量分成可自行到达平衡位置和需要施加控制才能到达平衡位置两部分,对于需要施加控制达到预定平衡位置的状态变量,用分层... 针对一类带液体晃动的航天器,在建立系统数学模型的基础上,利用一种分层滑模的设计方法来设计控制器.将系统状态变量分成可自行到达平衡位置和需要施加控制才能到达平衡位置两部分,对于需要施加控制达到预定平衡位置的状态变量,用分层滑模控制来设计控制律,将其分解成两个子系统,分别构造滑动平面,采用Lyapunov方法求取总控制量.当系统接近平衡位置时,双层滑模控制器退化成单层控制器,保证系统能够稳定在最终的平衡位置上.仿真结果表明,该方法能很好地达到控制效果. 展开更多

关键词 液体晃动 分层滑模控制 变结构控制航天器

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一种球形机器人高速直线运动的自适应控制方法 被引量：9

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作者 马龙 孙汉旭 +1 位作者 宋荆洲 兰晓娟 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期201-211,共11页

具备高速精准运动能力是球形机器人技术发展的重要方向。针对高速运动状态下外界扰动和系统抖振等因素对球形机器人精准直线运行产生的影响,开展面向高速直线运动的分数阶自适应分层积分滑模控制方法的研究。提出面向高速直线运动的球... 具备高速精准运动能力是球形机器人技术发展的重要方向。针对高速运动状态下外界扰动和系统抖振等因素对球形机器人精准直线运行产生的影响,开展面向高速直线运动的分数阶自适应分层积分滑模控制方法的研究。提出面向高速直线运动的球形机器人标准动力学模型并且以此作为控制方法的研究基础,将积分项和分数阶微积分项与分层滑模控制方法相结合,并且对高速运动过程中的未知扰动进行自适应评估和补偿,基于BYQ-GS高速运动球形机器人对该方法的控制效果展开验证。研究结果表明,在高速直线运动状态下,随着速度的增大,该控制方法能够有效提高系统响应速度、收敛速度、稳定性和鲁棒性,对球形机器人高速精准控制的实现有重要的意义。 展开更多

关键词 球形机器人 自适应控制 分层滑模控制 高速运动

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利用姿态机动的绳系卫星编队系统轨道协同控制 被引量：2

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作者 贾程 孟中杰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1361-1367,共7页

为克服绳系卫星编队系统在轨道机动过程中的系绳摆动现象,提出一种通过调整领航星推力方向进而实现编队系统轨道跟踪的控制算法。由于推力方向角与状态量互相耦合且少于系统自由度个数,轨道协同控制属于典型的非仿射欠驱动控制问题。针... 为克服绳系卫星编队系统在轨道机动过程中的系绳摆动现象,提出一种通过调整领航星推力方向进而实现编队系统轨道跟踪的控制算法。由于推力方向角与状态量互相耦合且少于系统自由度个数,轨道协同控制属于典型的非仿射欠驱动控制问题。针对此问题,首先采用升阶法将角速度作为虚拟控制输入;然后为各子系统设计子滑模面后加权得到高层滑模面和等效控制输入律,并设计观测器估计系统非线性项;其次基于模型预测控制算法优化得到最高层滑模面的趋近控制律;最后采用MATLAB/Simulink验证了所提控制算法的有效性。 展开更多

关键词 卫星编队 轨道跟踪 系绳摆动抑制 分层滑模控制(HSMC) 模型预测控制(MPC)

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舰载武器垂直装填机械防摇控制研究 被引量：1

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作者 瞿军 马大为 刘为 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期957-962,共6页

针对舰载垂直装填机械的防摇控制,提出一种分层滑模控制方法,并利用Lyapunov稳定性判据进行了稳定性证明;为消除滑模控制所产生的系统"抖振",利用模糊调节原理对滑模参数进行调节。仿真结果表明,本文给出的分层模糊滑模防摇... 针对舰载垂直装填机械的防摇控制,提出一种分层滑模控制方法,并利用Lyapunov稳定性判据进行了稳定性证明;为消除滑模控制所产生的系统"抖振",利用模糊调节原理对滑模参数进行调节。仿真结果表明,本文给出的分层模糊滑模防摇控制器具有良好的动态性能,能在保证系统稳定条件下,达到减小摇摆的目的。 展开更多

关键词 自动控制技术 舰载垂直装填机械 分层模糊滑模控制 仿真

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基于RBFNN的桥式起重机AHSMC控制策略 被引量：5

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作者 覃羡烘 《控制工程》 CSCD 北大核心 2022年第9期1679-1687,共9页

针对欠驱动三维桥式起重机控制策略难以在微控制器资源受限的条件下进行验证,以及传统分层滑模控制策略难以在不确定性条件下进行准确控制的问题,提出了基于径向基神经网络的三维桥式起重机自适应分层滑模控制策略。首先,基于分层滑模... 针对欠驱动三维桥式起重机控制策略难以在微控制器资源受限的条件下进行验证,以及传统分层滑模控制策略难以在不确定性条件下进行准确控制的问题,提出了基于径向基神经网络的三维桥式起重机自适应分层滑模控制策略。首先,基于分层滑模控制方法构建起重机全驱动和欠驱动子系统的一阶滑模面;然后,将一阶滑模面进行线性组合,形成第二阶滑模面;进一步,利用径向基函数神经网络对控制参数进行自适应估计并更新滑模面,提高不确定性条件下控制策略的鲁棒性。最后,通过仿真分析和物理实验验证了所提自适应分层滑模控制策略的有效性。 展开更多

关键词 桥式起重机 自适应分层滑模控制 神经网络 径向基函数

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